Высотная дифференциация кислотно-основных свойств долинных торфяных почв Кузнецкого Алатау

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018; : 135-155

Высотная дифференциация кислотно-основных свойств долинных торфяных почв Кузнецкого Алатау

Ефремова Т. Т., Ефремов С. П., Мелентьева Н. В., Аврова А. Ф.

https://doi.org/10.17223/19988591/41/8

Аннотация

Впервые методами многомерного статистического анализа выполнена объективная группировка долинных торфяных почв по кислотно-основным показателям, которая отражает высотно-поясныезакономерности компонентов биогеосистем восточного макросклона Кузнецкого Алатау. Наибольший вклад в дискриминацию вносит насыщенность почвенного поглощающего комплекса щелочноземельными основаниями и потенциальная кислотность (рН солевой). Выделено три геохимические ассоциации торфяных почв: кислые ненасыщенные кальцием и магнием в высокогорном поясе 1 500-1 100 м над ур. м., слабокислые слабонасыщенные основаниями в среднегорье 1 100-800 и нейтральные умереннонасыщенные (Ca+Mg) в низкогорье 800-500 м над ур. м. Почвы различных гипсометрических ступеней рельефа в процессе торфогенеза воспроизводят общие признаки органогенного почвообразования - ацидификацию поверхностных горизонтов. Предложена высокоточная регрессионная модель прогноза значений обменной кислотности (рН^ по величине активной (рН_Н2С>}. Состояние древостоев болотных ельников может служить одним из объективных критериев изменения регионального климата в сторону сухости.

Список литературы

1. Пьявченко Н.И. К изучению болот Красноярского края // Заболоченные леса и болота Сибири. М. : Изд-во АН СССР, 1963. С. 5-32.

2. Семенов В.А. Водные ресурсы // Изменение климата и его воздействие на экосистемы, население и хозяйство российской части Алтае-Саянского экорегиона: оценочный доклад; Всемирный фонд дикой природы (WWF России) / под ред. А.О. Кокорина. М., 2011. С. 52-72.

3. Мульдияров Е.Я., Лапшина Е.Д. К изучению болот Кузнецкого Алатау // Сибирский экологический журнал. 2000. № 5. С. 645-652.

4. Ильиных Н.И. Почвы Кузнецкого Алатау. Красноярск: Краснояр. кн. изд-во, 1970. 166 с.

5. Смирнов М.П. Почвы Западного Саяна. М. : Наука, 1970. 236 с.

6. Волкова И.И., Байков К.С., Сысо А.И. Болота Кузнецкого Алатау как естественные фильтры природных вод // Сибирский экологический журнал. 2010. № 3. С. 379-388. doi: 10.1134/S1995425510030021

7. Платонов Г.М. Болота лесостепи Средней Сибири. М. : Наука, 1964. 116 с.

8. Ефремов С.П. Болота зоны КАТЭКа в связи с перспективами их хозяйственного использования и охраны // Почвы зоны КАТЭКа / под ред. В.М. Корсунова, Л.С. Шугалей. Красноярск : ИЛиД СО АН СССР, 1981. С. 41-56.

9. Ефремова Т.Т. Некоторые вопросы хозяйственного освоения осушенных болот // Почвы зоны КАТЭКа / под ред. В.М. Корсунова, Л.С. Шугалей. Красноярск : ИЛиД СО АН СССР, 1981. С. 56-65.

10. Кулижский С.П. Эффективный способ использования природоохранных территорий // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2008. № 1. С. 42-56.

11. Пьявченко Н.И., Корнилова Л.И. О диагностических показателях типов торфа // Почвоведение. 1978. № 10. С. 146-153.

12. Морозова Р.М. К вопросу о классификации болотных осушенных почв // Изменение лесоболотных биогеоценозов под влиянием осушения / под ред. Л.С. Козловской, В.М. Медведевой. Петрозаводск : КФ АН СССР, 1986. С. 108-124.

13. Глазовская М.А. Почвы мира. М. : Изд-во МГУ, 1972. 231 с.

14. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Вып. 21. Кн. 2. Красноярский край, Тувинская АССР / под ред. Н.С. Смирновой. Л. : Гидрометеоиздат, 1990. 408 с.

15. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М. : МГУ, 1970. 487 с.

16. Классификация почв России / под ред. Л.Л. Шишова, Г.В. Добровольского. М. : Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2000. 235 с.

17. Пьявченко Н.И. Степень разложения торфа и методы ее определения. Красноярск : ИЛиД СО АН СССР, 1963. 56 с.

18. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных : учебник. 3-е изд. М. : Бином-Пресс, 2007. 515 с.

19. Кокотов Ю.А., Сухачева Е.Ю, Апарин Б.Ф. Поле кислотности почв как ионообменных систем и диагностика генетических горизонтов // Почвоведение. 2014. № 12. С. 14481459. doi: 10.1134/S1064229314120072

20. Кокотов Ю.А., Сухачева Е.Ю., Апарин Б.Ф. Анализ показателей кислотности почвенного профиля и их связи с процессом почвообразования // Почвоведение. 2016. № 1. С. 3-10. doi: 10.1134/S1064229316010087

21. Бочарников М.В., Исмаилова Д.М. Высотная поясность растительного покрова восточного макросклона Кузнецкого Алатау // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2011. № 6. С. 76-84.

22. Степанов В.М. Гидрогеологическая зональность в горных районах Восточной Сибири // Труды II совещания по подземным водам и инженерной геологии Восточной Сибири. Вып. I / под ред. В.Г. Ткачук. Иркутск, 1959. С. 71-84.

23. Ефремова Т. Т., Аврова А.Ф., Ефремов С.П. Морфолого-генетические типы подстилок болотных ельников // Сибирский лесной журнал. 2015. № 1. С. 58-73.

24. Dammon A.W.H., French T.W. The ecology of peat bogs of the glaciated northeastern United States // Biological Report 85 (7.16). Supt. of Documents. U.S. Fish and Wildlife Service. Washington DC, 1987. 100 р.

25. Pfadenhauer J. Tropische und subtropische Moore // Moorund Torfkunde. Auflage 3. E. Stuttgart: Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nagele und Obermiller), 1990. РР. 102-113.

26. Peatlands of the Western Guayana Highlands, Venezuela / ed. by Zinck J.A., Huber O. Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2011. 295 р.

27. Investment-analysis.ru. URL: http://investment-analysis.ru/metodFC2/daily-variance-arithmetic-mean-deviation.html

28. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. М. : Высшая школа, 2005. 558 с.

29. Соколова Т.А, Толпешта И.И, Трофимов С.Я. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и почвенном растворе. Изд. 2-е, испр. и доп. Тула : Гриф и К, 2012. 124 с.

30. Ефремова Т. Т., Ефремов С.П. Природа кислотных свойств подстилки болотных березняков // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2013. № 2. С. 205-219.

31. Шамрикова Е.В., Денева С.В., Кубик О.С., Пунегов В.В., Кызъюрова Е.В., Боброва Ю.И., Зуева О.М. Кислотность органогенных горизонтов арктических почв побережья Баренцева моря // Почвоведение. 2017. № 11. С. 1325-1336. doi: 10.1134/ S1064229317110102

32. Елисеева И.И., Курышева С.В., Костеева Т.В., Бабаева И.В., Михайлов Б.А. Эконометрика. М. : Финансы и статистика, 2003. 344 с.

33. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М. : Астрея, 1999. 768 с.

Tomsk State University Journal of Biology. 2018; : 135-155

Altitudinal differentiation of the acid-base properties of the river valley peat soils of Kuznetsk Alatau

Efremova T. T., Efremov S. P., Melent'eva N. V., Avrova A. F.

https://doi.org/10.17223/19988591/41/8

Abstract

In the complex structure of the vertical altitudinal zonality of the Altai-Sayan mountain country, peat soils were almost not represented. The aim of this research was to develop a topographic series of peat soils of the Kuznetsk Alatau. The studied peatlands were confined to the basins of the Belyi Iyus and the Chernyi Iyus rivers and located at different hypsometric levels of the relief on the Eastern slope of the Kuznetsk Alatau, at 1543, 1087, 832, 622, 579 and 547m above sea level (See Fig. 1). As a criterion of vertical structural organization of soil, we used acid-base properties: water pH (water extract), salt pH (extract of 1M KCl) and general potential - nonexchangeable acidity (extract of 1M CH₃COONa). The determined value of acidity was multiplied by an empirical coefficient 1.75. The sum of exchangeable cations (by Kappen-Hilkovits) was found in the extract of 0.1M HCl, in which the Ca⁴++Mg²+ was determined by complexometric titration. According to the difference between the sum of exchangeable cations and Ca²++Mg²+, we identified the content of other (unidentified) cations. The degree of soil saturation with bases, expressed in %, was calculated as the proportion of exchangeable bases in 0.1M HCl solution to the sum (exchangeable bases + nonexchangeable acidity). The F-diagrams, constructed on the basis of water pH, salt pH and saturation of soil absorbing complex (SAC) with exchangeable calcium and magnesium, describe the acidic trace of soil formation and simulate the acidification of top soil horizons in the course of peat genesis (See Fig. 2). High-precision regression model was proposed for the prediction of exchangeble acidity value (рН^) by the value of active acidity (рН_Ш0).№г^ the methods of multivariate statistical analysis (discriminant, multidimensional scaling), we grouped peat soils into three clusters with acid-base characteristics. The parameter of SAC saturation by alkaline-earth cations and pH salt value makes the dominant contribution to the organization of peat soil clusters with a final prediction 89% (See Table 3, Fig. 4). In the structure of vertical soil zones of the Altai-Sayan mountain country, particularly of the Eastern slopes of the Kuznetsk Alatau, the geochemical associations (clusters) of peat soils were identified: a) acidic and unsaturated by calcium and magnesium (<30-50%) on the whole profile within the boundaries of alpine tundra and subalpine complexes at the altitude of 1500-1100 m; b) slightly acidic and slightly saturated with bases (50-70%) within the mountain-taiga zone of dark coniferous forests 1100-800 m a.s.; c) neutral and moderately saturated with alkaline-earth base (70-90%) associations of peat soils within the zone of subtaiga-forest-steppe 800-500 m a.s. (See Table 4). Chorological organization of peat soils is in accordance with the hydrochemical zoning of underground waters and high-zone structure of the vegetation cover at automorphic sites. However, in the forest zone of wetlands of the Kuznetsk Alatau eastern slope, regardless of acid-base properties of peat soils, spruce forests mainly form, reflecting the main characteristics of soil hydromorphism. In this regard, the status of indigenous groups of swamp spruce forests can be considered as sufficient objective criteria of a regional climate change towards dryness. The paper contains 5 Figures, 5 Tables and 33 References.

References

1. P'yavchenko N.I. K izucheniyu bolot Krasnoyarskogo kraya // Zabolochennye lesa i bolota Sibiri. M. : Izd-vo AN SSSR, 1963. S. 5-32.

2. Semenov V.A. Vodnye resursy // Izmenenie klimata i ego vozdeistvie na ekosistemy, naselenie i khozyaistvo rossiiskoi chasti Altae-Sayanskogo ekoregiona: otsenochnyi doklad; Vsemirnyi fond dikoi prirody (WWF Rossii) / pod red. A.O. Kokorina. M., 2011. S. 52-72.

3. Mul'diyarov E.Ya., Lapshina E.D. K izucheniyu bolot Kuznetskogo Alatau // Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 2000. № 5. S. 645-652.

4. Il'inykh N.I. Pochvy Kuznetskogo Alatau. Krasnoyarsk: Krasnoyar. kn. izd-vo, 1970. 166 s.

5. Smirnov M.P. Pochvy Zapadnogo Sayana. M. : Nauka, 1970. 236 s.

6. Volkova I.I., Baikov K.S., Syso A.I. Bolota Kuznetskogo Alatau kak estestvennye fil'try prirodnykh vod // Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 2010. № 3. S. 379-388. doi: 10.1134/S1995425510030021

7. Platonov G.M. Bolota lesostepi Srednei Sibiri. M. : Nauka, 1964. 116 s.

8. Efremov S.P. Bolota zony KATEKa v svyazi s perspektivami ikh khozyaistvennogo ispol'zovaniya i okhrany // Pochvy zony KATEKa / pod red. V.M. Korsunova, L.S. Shugalei. Krasnoyarsk : ILiD SO AN SSSR, 1981. S. 41-56.

9. Efremova T.T. Nekotorye voprosy khozyaistvennogo osvoeniya osushennykh bolot // Pochvy zony KATEKa / pod red. V.M. Korsunova, L.S. Shugalei. Krasnoyarsk : ILiD SO AN SSSR, 1981. S. 56-65.

10. Kulizhskii S.P. Effektivnyi sposob ispol'zovaniya prirodookhrannykh territorii // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. 2008. № 1. S. 42-56.

11. P'yavchenko N.I., Kornilova L.I. O diagnosticheskikh pokazatelyakh tipov torfa // Pochvovedenie. 1978. № 10. S. 146-153.

12. Morozova R.M. K voprosu o klassifikatsii bolotnykh osushennykh pochv // Izmenenie lesobolotnykh biogeotsenozov pod vliyaniem osusheniya / pod red. L.S. Kozlovskoi, V.M. Medvedevoi. Petrozavodsk : KF AN SSSR, 1986. S. 108-124.

13. Glazovskaya M.A. Pochvy mira. M. : Izd-vo MGU, 1972. 231 s.

14. Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Vyp. 21. Kn. 2. Krasnoyarskii krai, Tuvinskaya ASSR / pod red. N.S. Smirnovoi. L. : Gidrometeoizdat, 1990. 408 s.

15. Arinushkina E.V. Rukovodstvo po khimicheskomu analizu pochv. M. : MGU, 1970. 487 s.

16. Klassifikatsiya pochv Rossii / pod red. L.L. Shishova, G.V. Dobrovol'skogo. M. : Pochvennyi institut im. V.V. Dokuchaeva RASKhN, 2000. 235 s.

17. P'yavchenko N.I. Stepen' razlozheniya torfa i metody ee opredeleniya. Krasnoyarsk : ILiD SO AN SSSR, 1963. 56 s.

18. Khalafyan A.A. STATISTICA 6. Statisticheskii analiz dannykh : uchebnik. 3-e izd. M. : Binom-Press, 2007. 515 s.

19. Kokotov Yu.A., Sukhacheva E.Yu, Aparin B.F. Pole kislotnosti pochv kak ionoobmennykh sistem i diagnostika geneticheskikh gorizontov // Pochvovedenie. 2014. № 12. S. 14481459. doi: 10.1134/S1064229314120072

20. Kokotov Yu.A., Sukhacheva E.Yu., Aparin B.F. Analiz pokazatelei kislotnosti pochvennogo profilya i ikh svyazi s protsessom pochvoobrazovaniya // Pochvovedenie. 2016. № 1. S. 3-10. doi: 10.1134/S1064229316010087

21. Bocharnikov M.V., Ismailova D.M. Vysotnaya poyasnost' rastitel'nogo pokrova vostochnogo makrosklona Kuznetskogo Alatau // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. 2011. № 6. S. 76-84.

22. Stepanov V.M. Gidrogeologicheskaya zonal'nost' v gornykh raionakh Vostochnoi Sibiri // Trudy II soveshchaniya po podzemnym vodam i inzhenernoi geologii Vostochnoi Sibiri. Vyp. I / pod red. V.G. Tkachuk. Irkutsk, 1959. S. 71-84.

23. Efremova T. T., Avrova A.F., Efremov S.P. Morfologo-geneticheskie tipy podstilok bolotnykh el'nikov // Sibirskii lesnoi zhurnal. 2015. № 1. S. 58-73.

25. Pfadenhauer J. Tropische und subtropische Moore // Moorund Torfkunde. Auflage 3. E. Stuttgart: Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nagele und Obermiller), 1990. RR. 102-113.

26. Peatlands of the Western Guayana Highlands, Venezuela / ed. by Zinck J.A., Huber O. Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2011. 295 r.

27. Investment-analysis.ru. URL: http://investment-analysis.ru/metodFC2/daily-variance-arithmetic-mean-deviation.html

28. Orlov D.S., Sadovnikova L.K., Sukhanova N.I. Khimiya pochv. M. : Vysshaya shkola, 2005. 558 s.

29. Sokolova T.A, Tolpeshta I.I, Trofimov S.Ya. Pochvennaya kislotnost'. Kislotno-osnovnaya bufernost' pochv. Soedineniya alyuminiya v tverdoi faze pochvy i pochvennom rastvore. Izd. 2-e, ispr. i dop. Tula : Grif i K, 2012. 124 s.

30. Efremova T. T., Efremov S.P. Priroda kislotnykh svoistv podstilki bolotnykh bereznyakov // Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Biologiya. 2013. № 2. S. 205-219.

31. Shamrikova E.V., Deneva S.V., Kubik O.S., Punegov V.V., Kyz\"yurova E.V., Bobrova Yu.I., Zueva O.M. Kislotnost' organogennykh gorizontov arkticheskikh pochv poberezh'ya Barentseva morya // Pochvovedenie. 2017. № 11. S. 1325-1336. doi: 10.1134/ S1064229317110102

32. Eliseeva I.I., Kurysheva S.V., Kosteeva T.V., Babaeva I.V., Mikhailov B.A. Ekonometrika. M. : Finansy i statistika, 2003. 344 s.

33. Perel'man A.I., Kasimov N.S. Geokhimiya landshafta. M. : Astreya, 1999. 768 s.

Высотная дифференциация кислотно-основных свойств долинных торфяных почв Кузнецкого Алатау

Аннотация

Altitudinal differentiation of the acid-base properties of the river valley peat soils of Kuznetsk Alatau

Abstract

События

EasyCookieInfo